多自由度假体控制系统的制作方法

1.本发明涉及人脸识别技术领域，具体涉及一种多自由度假体控制系统。


背景技术：

2.人脸识别，是基于人的脸部特征信息进行身份识别的一种生物识别技术。用摄像机或摄像头采集含有人脸的图像或视频流，并自动在图像中检测和跟踪人脸，进而对检测到的人脸进行脸部识别的一系列相关技术，通常也叫做人像识别、面部识别。随着诸如人工神经网络、深度学习等人工智能技术的迅速发展，人脸识别技术日益成熟，已日益广泛地应用于视频监控、自助服务、门禁系统、公共安全、交通管理等领域。同时，针对人脸识别系统的恶意攻击行为也日渐增多。例如，人脸识别呈现攻击，是指攻击者使用人脸照片、平板电脑屏幕上的人脸图像、头模等模拟真实人脸，欺骗人脸识别系统，使其误认为真实的人脸而通过其验证的行为。因此，人脸识别系统在推向市场之前，必须能够通过针对人脸识别攻击的测试，以便确认其能够有效地防止人脸识别攻击。
3.为此，需要一种这样一种装置或系统，其能够利用人脸照片或平板电脑屏幕上的人脸图像模拟针对人脸识别系统进行的人脸识别攻击，从而测试人脸识别系统抵抗人脸识别攻击的能力。


技术实现要素：

4.为此，本发明提出了一种多自由度假体控制系统，其可用于模拟针对人脸识别系统进行的人脸识别攻击。
5.根据本发明的实施例，该多自由度假体控制系统包括：
6.机械平台，其包括：
7.底座；
8.位于底座上的横移运动机构，包括x轴电机；
9.位于横移运动机构上的前进运动机构，包括y轴电机；
10.位于前进运动机构上的升降运动机构，包括z轴电机；
11.位于升降运动机构上的转头运动机构，包括转头-轴关节模组；
12.位于转头运动机构上的点头运动机构，包括点头-轴关节模组；
13.位于点头运动机构上的摆头运动机构，包括摆头-轴关节模组；
14.位于摆头运动机构上的夹持机构；
15.控制系统，其包括：
16.上位机；
17.与上位机通信连接的运动控制器；
18.与运动控制器通信连接的三合一驱动器，其分别与所述x轴电机、y轴电机和z轴电机电连接；
19.所述运动控制器还分别与所述转头-轴关节模组、点头-轴关节模组、摆头-轴关节
模组通信连接。
20.在一些实施例中，所述点头运动机构还包括位于转头运动机构上的第一半圆支架，以及设置在半圆支架上并能转动的点头运动轴；
21.所述摆头运动机构还包括设置在点头运动轴上并能转动的摆头运动轴；
22.所述夹持机构还包括设置在摆头运动轴上的第二半圆支架，以及位于所述第二半圆支架上的相框基座。
23.在一些实施例中，所述运动控制器通过ethercat总线分别与所述三合一驱动器以及所述转头-轴关节模组、点头-轴关节模组、摆头-轴关节模组通信连接。
24.在一些实施例中，所述上位机通过基于tcp/ip协议的socket接口方式与运动控制器通信，其中上位机作为客户端，运动控制器作为服务器端。
25.在一些实施例中，所述上位机和运动控制器之间传送的通信数据帧结构为：帧头 内容 校验和，或者帧头 校验和，其中，帧头包括数据帧起始标志、命令字和命令参数。
26.在一些实施例中，所述上位机向运动控制器发送测试用例指令，其结构为：帧头 若干原子块 校验和，其中，帧头中的命令参数包含原子块个数，其中，
27.每个原子块的结构为：轴1控制指令 轴2控制指令 轴3控制指令 轴4控制指令 轴5控制指令 轴6控制指令，其中，轴1为用于横移运动的轴，轴2 为用于前进运动的轴，轴3为用于升降运动的轴，轴4为用于转头运动的轴，轴5为用于摆头运动的轴，轴5为用于点头运动的轴，其中，
28.每个轴控制指令的结构为：轴号 控制模式 控制参数，其中，控制模式包括：回零位，保持不动，单程运动，单向往复运动，双向往复运动。
29.根据本发明的实施例的多自由度假体控制系统能够方便地模拟人脸识别呈现攻击行为，从而为人脸识别系统的呈现攻击测试提供了极大便利。
附图说明
30.图1示出了根据本发明的实施例的多自由度假体控制系统的机械平台的示意性透视图。
31.图2示出了根据本发明的实施例的多自由度假体控制系统的机械平台的顶部结构的局部放大透视图。
32.图3示出了根据本发明的实施例的多自由度假体控制系统的机械平台实现的摇头运动的示意图。
33.图4示出了根据本发明的实施例的多自由度假体控制系统的机械平台实现的点头运动的示意图。
34.图5示出了根据本发明的实施例的多自由度假体控制系统的机械平台实现的摆头运动的示意图。
35.图6示出了根据本发明的实施例的多自由度假体控制系统的控制系统。
36.图7示出了根据本发明的实施例的原子块及单轴控制指令的格式。
37.图8示出了根据本发明的实施例的测试用例指令格式。
38.图9示出了根据本发明的实施例的取数指令回复格式。
具体实施方式
39.下面参照附图详细描述本发明的实施例。在下面的描述中，阐述了许多具体细节以便使所属技术领域的技术人员更全面地了解本发明。但是，对于所属技术领域内的技术人员明显的是，本发明的实现可不具有这些具体细节中的一些。此外，应当理解的是，本发明并不限于所介绍的特定实施例。相反，可以考虑用下面的特征和要素的任意组合来实施本发明，而无论它们是否涉及不同的实施例。因此，下面的方面、特征、实施例和优点仅作说明之用而不应被看作是权利要求的要素或限定，除非在权利要求中明确提出。
40.本说明书中涉及的各术语的含义一般为本领域中的通常含义，或者为本领域技术人员在阅读本说明书之后所正常理解的含义。本说明书中的用语“包括”、“包含”是开放式的，即除了所提及的各要素外，还可能包括其他未提及的要素。本说明书中的用语“连接”、“相连”等类似术语通常包括机械连接、电连接、通信连接或其组合，且通常既可以包括直接连接，也包括经由其他部件的间接连通或连接。本说明书中的用语“第一”、“第二”等仅用于区分同类的不同部件，而不表示在重要性、结构、功能等方面的任何顺序。
41.现参照图1-6，其示出了根据本发明的实施例的一种多自由度假体控制系统的部件。该系统包括：机械平台，以及控制系统。
42.图1示出了根据本发明的实施例的多自由度假体控制系统的机械平台100。如图1中所示，所述机械平台100包括：
43.底座110；
44.位于底座110上的横移运动机构120，包括x轴电机121；
45.位于横移运动机构120上的前进运动机构130，包括y轴电机131；
46.位于前进运动机构130上的升降运动机构140，包括z轴电机(未示出)；
47.位于升降运动机构140上的转头运动机构150，包括转头-轴关节模组(未示出)；
48.位于转头运动机构150上的点头运动机构160，包括点头-轴关节模组161；
49.位于点头运动机构160上的摆头运动机构170，包括摆头-轴关节模组171；
50.位于摆头运动机构170上的夹持机构180。
51.在一些实施例中，所述横移运动机构120还可包括x轴丝杠122，该x轴丝杠122的两端可通过轴承安装在底座110上，且一端可与x轴电机121连接，从而可以在所述x轴电机121的驱动下旋转。所述横移运动机构120还可包括横移支架123，该横移支架123可放置在底座110前后侧设置的横移导轨111上，且其上可固定有与所述x轴丝杠122相啮合的螺母(未示出)，这样，当x轴电机121驱动x轴丝杠122旋转时，可带动所述横移支架123做横移运动。
52.在一些实施例中，所述前进运动机构130还可包括y轴丝杠132，该y轴丝杠132的两端可通过轴承安装在所述横移支架123上，且一端可与y轴电机131 连接，从而可以在所述y轴电机131的驱动下旋转。所述前进运动机构130还可包括前进支架133，该前进支架133可放置在横移支架123左右侧设置的前进导轨124上，且其上可固定有与所述y轴丝杠132相啮合的螺母(未示出)，这样，当y轴电机131驱动y轴丝杠132旋转时，可带动所述前进支架133做前进运动。
53.在一些实施例中，所述升降运动机构140还可包括z轴丝杠141和围绕在该z轴丝杠141侧面的外壳142，该z轴丝杠141的一端可通过轴承安装在所述前进支架133上，并可与z轴电机(未示出)连接，从而可以在所述z轴电机的驱动下旋转，另一端可穿过固定并啮合位
于外壳142的顶部的螺母(未示出)，并与所述转头运动机构150连接，这样，当z轴电机驱动z轴丝杠141旋转时，可带动所述z轴丝杠141及其连接的转头运动机构150做升降运动。
54.在一些实施例中，所述转头-轴关节模组、点头-轴关节模组161和摆头-轴关节模组171均可包括电机、减速器、驱动器、制动器，以及运动轴、轴承等机械部件。
55.在一些实施例中，所述转头运动机构150包括壳体151，所述转头-轴关节模组151位于壳体151中，所述点头运动机构160与所述转头-轴关节模组的运动轴连接，并由运动轴带动转动。
56.图2示出了根据本发明的实施例的多自由度假体控制系统的机械平台100 的顶部结构的局部放大透视图。
57.如图1及图2所示，在一些实施例中，所述点头运动机构160还包括位于转头运动机构150上的第一半圆支架162，以及设置在第一半圆支架162上并能转动的点头运动轴163；
58.所述摆头运动机构170还包括设置在点头运动轴163上并能转动的摆头运动轴172；
59.所述夹持机构180还包括设置在摆头运动轴172上的第二半圆支架181，以及位于所述第二半圆支架上的相框基座182。
60.所述夹持机构180可用于夹持照片或平板电脑。在一些实施例中，所述夹持机构180可包括照片磁贴板183，照片磁贴板183具有磁性，可在照片背面粘贴上软磁贴后放在照片磁贴板183前测，两者自然吸附。该方式具有更换照片便捷，相比用其它固定装置固定照片，此方式中对照片无遮挡，不影响照片识别。在另一些实施例中，所述夹持机构180可包括pad支撑板(未示出)，其采用4个压块固定pad，可灵活拆卸。pad支撑板与照片磁贴板共用一个相框基座182，可与照片磁贴板183同时或分别地安装在相框基座182上。
61.根据本发明的实施例的多自由度假体控制系统的机械平台100能够实现六个自由度的运动，其中，所述横移运动机构120可实现被夹持照片或平板电脑的横移运动，从而模拟人的左右横移；所述前进运动机构130可实现被夹持照片或平板电脑的前进运动，从而模拟人的向前行走；所述升降机构140可实现被夹持照片或平板电脑的升降运动，从而模拟人的蹲起过程；所述转头运动机构150可实现被夹持照片或平板电脑的水平转动，从而模拟人的左右摇头动作；所述点头运动机构160可实现被夹持照片或平板电脑的前后俯仰动作，从而模拟人的点头抬头动作；所述摆头运动机构170可实现被夹持照片或平板电脑的左右摆动，从而模拟人的左右摆头(歪头)动作。
62.根据本发明的实施例的多自由度假体控制系统的机械平台100横移运动机构120和前进运动机构130通过控制系统可以拟合出人行走过程中的各种轨迹，如直行、斜线行走、s形曲线行走等，结合升降运动机构140，可以模拟人行走在台阶、坡道路段、蹲起直立等情景。
63.图3示出了根据本发明的实施例的多自由度假体控制系统的机械平台100 实现的摇头运动的示意图；图4示出了根据本发明的实施例的多自由度假体控制系统的机械平台100实现的点头运动的示意图；图5示出了根据本发明的实施例的多自由度假体控制系统的机械平台100实现的摆头运动的示意图。根据本发明的实施例的多自由度假体控制系统的机械平台100的转头运动机构150、点头运动机构160和摆头运动机构170通过运动复合，可以模拟人头部的各类动作，如左右张望、斜上方或斜下方抬头与低头观察、蹲起或起立过程
中的头部动作。
64.现参照图6，其示出了根据本发明的实施例的多自由度假体控制系统的控制系统200。如图6中所示，该控制系统200包括：
65.上位机210；
66.与上位机210通信连接的运动控制器220；
67.与运动控制器220通信连接的三合一驱动器230，其分别与所述x轴电机 121、y轴电机131和z轴电机电连接；
68.所述运动控制器220还分别与所述转头-轴关节模组232、点头-轴关节模组161、摆头-轴关节模组171通信连接。
69.在一些实施例中，所述运动控制器220通过ethercat总线分别与所述三合一驱动器230以及所述转头-轴关节模组、点头-轴关节模组161、摆头-轴关节模组171通信连接。
70.在一些实施例中，所述运动控制器220可采用倍福公司的嵌入式控制器 cx5130，该控制器可通过ethercat总线实现对六个轴的伺服电机的运动控制，并通过控制器的dido模块实现限位开关、系统按钮、指示灯和环境光源继电器的信号输入与状态输出。
71.在一些实施例中，所述三合一驱动器230采用清能德创cooldriver公司的 rc3系列控制器，具体型号可以为cdrc3-a5550-t4-s1，该驱动器为三轴一体化通用驱动器，能够与所选电机适配。
72.在一些实施例中，所述转头-轴关节模组232、摆头-轴关节模组171和点头
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轴关节模组151均为关节模组，包含电机、减速器、驱动器和制动器。三轴空间上交于一点，三轴运动相互解耦，模组的通信方式为ethercat总线。
73.在一些实施例中，如图6所示，所述控制系统200还包括空气开关、开关电源等部件，以便分别为运动控制器220、三合一驱动器230和和关节模组供电。
74.在一些实施例中，所述上位机210通过以太网(基于tcp/ip的socket接口方式)与运动控制器220进行通信，双方基于通信协议，上位机210给运动控制器220发送每个单轴的运动控制指令，该指令可包含：轴号、目标位置(点对点)、运动时间及最大速度等。在一些实施例中，所述上位机210还可给运动控制器220发送环境光控制指令，控制系统根据指令解析后控制继电器进行开断，实现环境光控制。
75.所述控制系统200的示例例控制流程可以如下：
76.第一步：系统上电初始化。系统上电后，自动进行xyz轴回零。同时将所有环境光熄灭。待初始化完成后，系统运行灯亮，进入正常工作状态。
77.第二步：等待上位机210命令并进行执行。运动控制器220监控socket端口，如果上位机210有命令发送，则进行解析并进行控制。此时，会控制各轴运动，同时也会控制环境光源。具体的控制协议如下文中所示。
78.在系统运行过程中，如果发生意外，工作人员按下紧急停止按钮后，系统处于停止状态，不会运动或者控制继电器操作。当紧急停止按钮抬起后，系统重新进行初始化。
79.在一些实施例中，上位机210与运动控制器220之间的交互通信采用基于 tcp/ip协议的socket接口方式，上位机210为客户端，运动控制器220为服务器端。例如，服务器端的ip地址为：192.168.1.111；端口号20000。
80.系统运行过程中，上位机210向运动控制器220不定期发送测试用例指令，运动控
制器收到指令后按照要求开始一系列运动动作的执行，当整个测试用例要求的运动序列执行完毕后回复完成状态信息，表示完成一次测试。
81.在一些进一步的实施例中，所述上位机210和运动控制器220之间传送的通信数据帧结构为：帧头 内容 校验和，或者帧头 校验和，其中，帧头包括数据帧起始标志、命令字和命令参数。例如，帧头可以为4字节，内容可以根据具体协议而定，校验和为异或校验(1字节)。内容中的多字节数据例如按照小端模式来解析。
82.也就是说，有内容的数据帧结构为:帧头 内容 校验和
83.无内容的数据帧格式为：帧头 校验和
84.例如，帧头定义如下：
85.字节1字节2字节3字节40xaa0x55命令字命令参数
86.例如，当运动控制器220接受到的数据帧校验和不正常时，返回一个校验和错误指令，如下：
[0087][0088]
在一些更进一步的实施例中，所述上位机210向运动控制器220发送测试用例指令，其结构为：帧头 若干原子块 校验和，其中，帧头中的命令参数包含原子块个数，其中，
[0089]
每个原子块的结构为：轴1控制指令 轴2控制指令 轴3控制指令 轴4控制指令 轴5控制指令 轴6控制指令，其中，轴1为用于横移运动的轴，轴2 为用于前进运动的轴，轴3为用于升降运动的轴，轴4为用于转头运动的轴，轴5为用于摆头运动的轴，轴5为用于点头运动的轴，其中，
[0090]
每个轴控制指令的结构为：轴号 控制模式 控制参数，其中，控制模式包括：回零位，保持不动，单程运动，单向往复运动，双向往复运动。
[0091]
原子块是控制系统200的基本指令形式，每个原子块的数据长度是固定的，其组成形式可以如图7所示。
[0092]
如图7所示，每个原子块由6个轴的控制指令，分别是左右运动(轴1)、前进运动(轴2)、上下运动(轴3)、转头(轴4)、摆头(轴5)和点头(轴 6)。
[0093]
例如，单轴控制指令的描述可如下表所示。
[0094][0095][0096]
此外，上位机210可以向运动控制器220发送环境环境光源控制指令，运动控制器220可以向上位机210发送反馈指令或校验错误帧。
[0097]
上位机210向运动控制器220发送的是一个测试用例指令，由若干个原子块所组成，代表了运动控制器需要依次执行多个“分解动作”。由此可见，上位机发送的指令长度不定长，指令格式如图8所示：
[0098]
上位机向运动控制器发送的指令格式例如如下：
[0099][0100]
例子：aa551401a1f100000000a2f200000000a3f303000300a4f404000404a5f405000505a6f406000606ee
[0101]
例如，当运动控制器220有正在执行状态的原子块命令时，不执行新发送的原子块命令并丢弃该命令，反馈正在执行的原子块命令。
[0102]
例如，当运动控制器220在接收到原子块指令后，如果接受指令正确，向上位机210的反馈内容如下：
[0103][0104]
如果运动控制器220在接收后发现校验和错误，则发送校验错误帧。
[0105][0106]
当运动控制器220收到测试用例指令时，按照指令内容开始进行分解动作，即一个
原子块运动完成后，接着开始下一个原子块，直至全部完成。当全部完成后，运动控制器220向上位机210回复完成的状态信息，指令格式例如如下：
[0107]
上位机向运动控制器发送的状态查询指令
[0108][0109]
运动控制器向上位机发送的状态反馈命令
[0110][0111]
当运动控制器220收到当前位置状态指令43后，向上位机210返回系统每个轴的关节位置反馈(命令字53)。
[0112]
例子：aa 55 35 00 00 00 01 00 02 00 03 00 04 00 05 00 cb
[0113]
取数指令回复格式如图9所示。
[0114]
如果运动控制器220在接收后发现校验和错误，则发送校验错误帧。
[0115][0116]
以上参照附图描述了根据本发明的实施例的多自由度假体控制系统，应指出的是，以上描述和图示仅为示例，而不是对本发明的限制。在本发明的其他实施例中，该系统可具有更多、更少或不同的部件，且各部件之间的连接、包含和功能等关系可以与所描述和图示的不同。例如，通常一个部件除包含所图示和描述的子部件外，也可包含其他子部件；多个部件可合并为一个更大的部件，等等。所有这些变化都处于本发明的精神和范围之内。
[0117]
根据本发明的实施例的多自由度假体控制系统能够方便拟人脸识别呈现攻击行为，从而为人脸识别系统的呈现攻击测试提供了极大便利。
[0118]
虽然本发明已经通过实施例披露如上，但本发明并非限定于此。本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内所作的各种更动与修改，均应纳入本发明的保护范围，本
发明的保护范围仅以权利要求的语言及其等价语言所限定的范围为准。